- •И.А. Чернышев, А. Ю. Чернышев
- •ЭЛЕКТРОННАЯ, МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
- •Лабораторная работа №1
- •ОСЦИЛЛОГРАФИРОВАНИЕ В ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМАХ
- •Таблица 1.1
- •ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
- •Таблица 2.1
- •Таблица 2.5
- •Таблица 2.7
- •Рис. 2.25. Принципиальная схема
- •Таблица 2.8
- •Теория
- •Таблица 2.9
- •Таблица 2.10
- •Таблица 2.11
- •Приложение 1
- •Серия ТТЛ
- •Параметр
- •Адрес
- •Таблица 4.4
- •Таблица 5.1
- •Хранение
- •Таблица 5.4
- •Примечание
- •Лабораторная работа № 6
- •Таблица 6.2
- •Состояния выходов счетчика
- •Таблица 6.3
- •Рис. 7.5. Диаграммы напряжений параллельного режима работа
- •регистра К155ИР16
- •Таблица 7.1
- •Таблица 7.3
- •Рис.8.4.Диаграммы напряжений
- •Electronics Workbench
- •Лабораторная работа № 10
- •ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
- •Рис.10.2. Простейшая схема ЦАП с суммированием весовых токов
- •3. Последовательные ЦАП с широтно-импульсной модуляцией
входных сигналов. Схема работает следующим образом. Если на входе инвертора действует напряжение логического нуля, то транзистор VT1, имеющий p -канал, полностью открыт, поскольку его затвор при этом
соединен с общим проводом и поэтому на него подается напряжение отпирающей полярности относительно истока, соединенного с плюсом источника питания. Транзистор VT2, имеющий n-канал, закрыт, вследствие чего напряжение на выходе инвертора максимально и соответствует напряжению логической единицы.
Когда на вход схемы подается положительное напряжение логической единицы, то транзистор VT1 закрывается, а транзистор VT2 полностью открывается, вследствие чего напряжение на выходе становится нулевым, то есть его логический уровень низкий.
Возможные состояния работы микросхемы сведены в табл. 2.5.
|
Таблица 2.5 |
Uвх |
Uвых |
0 |
1 |
1 |
0 |
Особенностью КМОП микросхем является то, что если вход схемы не подключен к источнику сигнала, то это соответствует высокому входному логическому уровню.
4. Транзисторно-транзисторная логика
Интегральные микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) получили широкое распространение благодаря сравнительно высокому быстродействию и надежности, технологичности изготовления, функциональной полноте серии ТТЛ элементов.
Основной элемент ТТЛ представлен на рис.2.16. Вход интегральной схемы (ИС) представляет собой многоэммитерный транзистор VT1. Отдельно такие транзисторы не выпускаются, а используются только в интегральных схемах.
Если на входы 1 и 2 ИС подан высокий уровень напряжения Uвх1
(рис.2.17), то ток, проходящий через резистор R1 по открытому в прямом направлении переходу база-коллектор транзистора VT1, течет и через базу транзистора VT2, открывая его. Ток эмиттера транзистора VT2 открывает по базовым цепям транзисторы VT3 и VT5.
При этом базовый ток транзистора VT5 поддерживается на таком уровне, что транзистор остается в открытом состоянии даже при боль-
20
ших значениях выходного тока (10mA – 15mA). Выходное напряжение ИС в этом режиме работы составляет 0,1 – 0,4 В.
|
R1 |
R3 |
+5В14 |
|
R5 |
||
|
|
|
VT 4 |
|
VT1 |
|
VD3 |
|
|
|
|
1 |
|
VT 2 |
3 |
2 |
|
|
VT5 |
|
|
|
|
VD1 |
VD2 |
R4 |
|
R2 |
|
||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
VT3 |
Общ 7 |
Рис.2.16. Принципиальная схема основного элемента интегральной схемы транзисторно-транзисторной логики
Если хотя бы на один вход многоэмиттерного транзистора VT1 подан низкий уровень напряжения Uвх0 (рис. 2.18), то соответствующий
переход база – эмиттер открывается и отбирает базовый ток транзистора VT2, который при этом закрывается. Это приводит к выключению транзисторов VT3 и VT5. Тогда открывается транзистор VT4, ток базы которого протекает через резистор R3. Открытый транзистор VT4 подключает к выходу схемы источник питания. Выходной потенциал микросхемы в этом случае высокий и для серии 155, например, не менее 2,4В. Транзистор VT4 с нагрузкой Rн образует эмиттерный повторитель, благода-
ря чему выход ИС является низкоомным и обладает высокой нагрузочной способностью.
Сведем возможные состояния ИС рис.2.16. в табл. 2.6. Таблица 2.6
Uвх1 |
Uвх2 |
Uвых |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
21 |
|
|
R1 |
|
R3 |
+5В14 |
|
Iб1 |
|
||
|
|
|
|
|
Uвх1 |
VT1 |
|
|
Uвых0 |
1 |
|
|
Iб5 |
|
2 |
|
VT 2 |
|
3 |
|
|
VT5 |
||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
VD1 |
VD2 |
R4 |
|
|
R2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
I |
б3 |
VT3 |
|
|
|
Общ7
Рис. 2.17. Распределение токов и напряжений при высоком входном логическом уровне
Анализ состояний базового элемента ИС ТТЛ показывает, что он выполняет логическую функцию И-НЕ позитивной логики.
|
|
14 |
|
|
+5В |
R1 |
R3 |
R5 |
Iвх0 |
|
Iпот |
|
VT 4 |
|
VT1 |
|
Iвых |
1 |
Iб3 |
VD3 |
|
|
|
||
2 |
|
|
Uвых1 |
|
|
|
|
|
VD1 VD2 |
|
R нОбщ |
7
Рис. 2.18. Распределение токов и напряжений при низком входном логическом уровне
Большим недостатком схемы ТТЛ является то, что в момент ее переключения на короткое время открываются оба транзистора и VT4, и VT5 (рис. 2.16.). В этом случае потребление тока микросхемой ограничивается только защитным резистором R5. Импульс тока момента переключения вызывает высокочастотные помехи на шине питания. Поэто-
22
му правила эксплуатации рекомендуют микросхему шунтировать по цепи питания высокочастотным керамическим конденсатором развязки с емкостью 0,1мкФ и более.
Передаточная характеристика ИС ТТЛ приведена на рис.2.19. Как следует из рисунка, низкий уровень выходного напряжения ИС не равен нулю, а высокий – меньше напряжения питания микросхемы (5В). ИС обладает усилительными свойствами с коэффициентом передачи около
10.
В Uвых
+125оС
4 + 25оС
3
−60оС
2
1
|
|
Uвх |
1 |
2 |
3 В |
Рис.2.19. Передаточные характеристики схемы ТТЛ для различных температур
Входной и выходной импульсы простейшего логического элемента И-НЕ (НЕ) интегральной схемы ТТЛ показаны во времени на рис.2.20. Как следует из рисунка, выходной импульс Uвых несколько
задержан относительно входного Uвых . Для элементов ТТЛ времена задержки распространения при включении t1зд.0.р и при выключении tзд0.1.р
определяются глубиной насыщения, в которое попадают при переключении импульсные транзисторы и емкостью входной и выходной цепей соединительных проводников микросхемы. Так влияние входной емкости определяется следующим образом: входной сигнал уже окончился, но выходной еще не нарастает (рис.2.20), поскольку необходимо время для стекания избыточного заряда во входной цепи. Собственные време-
на задержек логических элементов ИС серии 155 составляют: t1зд.0.р < 15нс , tзд0.1.р< 22нс и приводятся в паспортах данных микросхем.
23
Uвх
Uвх
2
Uвых |
t |
Uвых
2
1.0 |
0.1 |
|
t |
||
tзд.р |
|
tзд.р |
|
||
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.20. Входной и выходной импульс схемы ТТЛ
Промышленность выпускает интегральные схемы в пластмассовых, керамических или метало-керамическких корпусах. Один из вариантов корпуса ИС приведен на рис. 2.21. С одной из сторон корпуса микросхемы нанесен ключ, от которого против хода часовой стрелки отсчитываются номера выводов.
19,5 |
2,5 |
14 |
8 |
Зона |
7,5 |
ключа 1 |
7 |
Рис. 2.21. Вариант исполнения корпуса интегральной схемы
5. Синтез цифрового автомата
Произвести синтез цифрового автомата. Составить принципиальную схему цифрового автомата, соответствующего таблице истинности. Упростить схему цифрового автомата в соответствии с правилами преобразования логических схем. Составить цифровой автомат на элементах ТТЛ или КМОП логики. Привести диаграммы выходных и входных сигналов логической схемы. Исследовать упрощенную схему цифрового автомата в программной среде Electronics Workbench. Варианты заданий приведены в Приложении 1.
Составим таблицу истинности работы цифрового автомата (табл.
2.7).
24